JP5315980B2 - Droplet ejection apparatus, droplet ejection method, and image forming apparatus - Google Patents
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本発明は、液滴吐出装置、液滴吐出方法および画像形成装置に係り、具体的には例えばインクジェットヘッドをキャリッジに搭載して往復移動しながら印刷するシリアル方式の印刷装置、インクジェットヘッドをライン上に設置した状態で印刷するラインヘッド方式の印刷装置などに用いて画像を形成するときのドロップオンデマンド型の液滴吐出装置、または液晶ディスプレーのカラーフィルターの製造に用いられる色材液や、有機ELディスプレー等の電極膜形成に用いられる電極材料液などの特殊な液体を噴射するドロップオンデマンド型の液滴吐出装置などに関するものである。 The present invention relates to a droplet discharge apparatus, a droplet discharge method, and an image forming apparatus. Specifically, for example, a serial type printing apparatus that mounts an inkjet head on a carriage and performs printing while reciprocating, and an inkjet head on a line. Drop-on-demand type liquid droplet ejection device for forming an image using a line head type printing device that prints in a state where it is installed in a color liquid or organic material used for manufacturing a color filter for a liquid crystal display The present invention relates to a drop-on-demand type droplet discharge device that ejects a special liquid such as an electrode material liquid used for forming an electrode film such as an EL display.
近年のドロップオンデマンド式インクジェットヘッドを用いた印刷装置は、写真画質に匹敵するほどの高精細な画像を高速で出力できる。これは、ノズル開口から吐出されるインク滴の微細化が進み、1ピコリットリ(10-12リットル)から30ピコリットルの範囲で小さなインク滴を記録媒体上に選択的に噴射して画像の出力を行っている。 Recent printing apparatuses using drop-on-demand ink jet heads can output high-definition images comparable to photographic image quality at high speed. This is because the ink droplets ejected from the nozzle openings are becoming finer and small ink droplets are selectively ejected onto the recording medium in the range of 1 picoliter (10 -12 liters) to 30 picoliters to output an image. Is going.
このように小滴から大滴とインク滴を可変させる技術について、種々提案されている。例えば、比較的小滴のインク量を吐出できる第1の駆動パルスと、その第1の駆動パルスによって形成されたインク滴よりも大きなインク量を吐出できる第2の駆動パルスを持ち、更に、大きなインク滴を得るために、前記第1のパルスと第2のパルスを連続的に駆動して、インク滴が記録媒体に着弾するときに合体して、より大きなインク滴を形成する技術が提案されている(特許文献1参照;特開平11−20165号公報)。しかしながら、それぞれのインク滴を形成させるための駆動パルスは非常に複雑であり、インク滴を吐出するための周期が長くなり、印刷速度の高速化が課題となる。
As described above, various techniques for changing a large droplet and an ink droplet from small droplets have been proposed. For example, it has a first drive pulse that can eject a relatively small amount of ink and a second drive pulse that can eject a larger amount of ink than the ink droplet formed by the first drive pulse. In order to obtain ink droplets, a technique has been proposed in which the first pulse and the second pulse are continuously driven to combine when the ink droplets land on the recording medium to form larger ink droplets. (See
このような問題を鑑みて、複数の駆動パルスを連続的に構成し、複数の駆動パルス間隔をノズル開口へ連通する圧力発生室及びインク供給路の形状で決まる固有周期近傍とすることで複数の液滴を形成し、高速化と画像品質の向上を図る技術が提案されている(特許文献2参照;特開2007−62326号公報)。しかしながら、この方法を用いても連続する駆動パルス数が多くなればインク滴が合体するまでのインク滴の飛翔距離が長くなる。
In view of such a problem, a plurality of drive pulses are continuously configured, and a plurality of drive pulse intervals are set to be close to the natural period determined by the shape of the pressure generation chamber and the ink supply path communicating with the nozzle opening. There has been proposed a technique for forming droplets to increase the speed and improve the image quality (see
また、更に高速化するために、連続する複数の駆動パルスとして、前記固有周期の共振を利用した共振駆動パルスと、前記固有周期の共振を利用しない非共振駆動パルスを用い、共振パルスについてはパルス間隔をm×Tc(m≦2)をとり、非共振パルスについてはパルス間隔を(m+1/4)×Tc〜(m+3/4)×Tcをとることで、複数の駆動パルスによって吐出されたインク滴を飛翔中に合体させてことでインク滴量を可変させる技術が提案されている(特許文献3参照;特開2007−182061号公報)。
前記特許文献2の場合、前述のように連続する駆動パルス数が多くなればインク滴が合体するまでのインク滴の飛翔距離が長くなる。インク滴の飛翔距離が長くなると、インク滴は、空気抵抗や外乱によって飛翔速度は低下し、かつ直進性が損なわれて、印刷品質を悪くするという課題がある。
In the case of
また、特許文献3の場合は、共振駆動パルスと非共振駆動パルス使用することは、駆動パルスを生成する作業や安定吐出のためにより多くの最適化を図る必要がある。また、インクの粘度によってメニスカスの動きは大きく変動し、これによって印刷品質を悪くするという課題がある。
In the case of
本発明はこれらの課題を鑑みてなされたものであり、その第1の目的は液滴吐出速度の高速化が可能で、しかも液滴着弾の品質が高い液滴吐出装置、液滴吐出方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of these problems, and a first object of the present invention is to provide a droplet discharge apparatus and a droplet discharge method capable of increasing the droplet discharge speed and having high droplet landing quality. It is to provide.
第2の目的は、高精度のドット諧調記録が可能な画像形成装置を提供することにある。 A second object is to provide an image forming apparatus capable of highly accurate dot gradation recording.
前記第1の目的を達成するため、本発明の第1の手段は、
液体を吐出するために設けられたノズル開口と、そのノズル開口に連通して設けられた圧力発生室と、その圧力発生室の容積を膨張・収縮させる圧力発生手段と、前記圧力発生室に前記液体を供給する液体流路の途中に設けられた流体抵抗部を有する液滴吐出ヘッドと、
前記圧力発生室の容積を膨張・収縮させるための駆動パルスを前記圧力発生手段に印加する駆動制御部を備え、
その駆動制御部から駆動パルスを所定の間隔で2個以上連続して前記圧力発生手段に印加して、その駆動パルス数に応じて吐出された液滴が、被着媒体に到達する前にほぼ一つの液滴に合体して前記被着媒体に着弾する液滴吐出装置を対象とするものである。
In order to achieve the first object, the first means of the present invention comprises:
A nozzle opening provided for discharging liquid, a pressure generating chamber provided in communication with the nozzle opening, pressure generating means for expanding and contracting the volume of the pressure generating chamber, and A liquid droplet ejection head having a fluid resistance portion provided in the middle of a liquid flow path for supplying liquid;
A drive control unit that applies a drive pulse for expanding and contracting the volume of the pressure generating chamber to the pressure generating unit;
Two or more drive pulses are continuously applied from the drive control unit at a predetermined interval to the pressure generating means, and the liquid droplets ejected according to the number of drive pulses substantially before reaching the adherend. The present invention is intended for a droplet discharge device that merges into one droplet and lands on the adherend medium.
そして前記駆動制御部は、
同じパルス形状の駆動パルスを出力し、
前記ノズル開口から流体抵抗部までの液体流路によって決まる固有振動数の周期をTcとしたときに、前記駆動パルスのパルス幅Tpは前記周期Tcよりも小さく設定され(Tp<Tc)、
連続するn個(n≧2の整数)の駆動パルスの第nパルス開始から第(n+1)パルスの開始までのパルス間隔をTNnとしたときに、n=1である第1パルスとn=2である第2パルスとのパルス間隔TN1は、1.2×Tc〜1.5×Tcの範囲に設定されて、前記第2パルスと次の第3パルスとのパルス間隔TN2以降のパルス間隔TN2、TN3、・・TNnは、前記TN1より小さいく、かつ前記液体流路の固有振動数の周期Tc以上に設定されている(TN1=1.2×Tc〜1.5×Tc>(TN2、TN3、・・、TNn≧Tc)ことを特徴とするものである。
The drive control unit
Output drive pulses with the same pulse shape,
When the period of the natural frequency determined by the liquid flow path from the nozzle opening to the fluid resistance part is Tc, the pulse width Tp of the drive pulse is set smaller than the period Tc (Tp <Tc),
When the pulse interval from the start of the nth pulse to the start of the (n + 1) th pulse of n consecutive (n ≧ 2) integer driving pulses is TNn, the first pulse with n = 1 and n = 2 The pulse interval TN1 with the second pulse is set in a range of 1.2 × Tc to 1.5 × Tc, and the pulse interval TN2 after the pulse interval TN2 between the second pulse and the next third pulse is set. , TN3,... TNn is smaller than TN1 and set to a period Tc or more of the natural frequency of the liquid flow path (TN1 = 1.2 × Tc to 1.5 × Tc> (TN2, TN3,..., TNn ≧ Tc).
本発明の第2の手段は前記第1の手段において、前記パルス間隔TN2以降のパルス間隔は順次小さくなっており、かつ最終のパルス間隔TNnは前記液体流路の固有振動数の周期Tc以上に設定されている(TN2>TN3>・・>TNn≧Tc)ことを特徴とするものである。 According to a second means of the present invention, in the first means, the pulse interval after the pulse interval TN2 is sequentially reduced, and the final pulse interval TNn is greater than or equal to the period Tc of the natural frequency of the liquid channel. It is set (TN2> TN3>...> TNn ≧ Tc).
本発明の第3の手段は前記第1または第2の手段において、前記駆動パルスは、前記圧力発生室の容積を膨張するために電圧を立ち上げる膨張時間Tfと、立ち上げた電圧を一定に保持する保持時間Thと、圧力発生室の容積を収縮するために電圧を立ち下げる収縮時間Trとを有する台形の波形形状をしていることを特徴とするものである。 According to a third means of the present invention, in the first or second means, the driving pulse is set so that the expansion time Tf when the voltage is raised to expand the volume of the pressure generating chamber and the raised voltage is constant. It has a trapezoidal waveform having a holding time Th for holding and a contraction time Tr for decreasing the voltage in order to contract the volume of the pressure generating chamber.
本発明の第4の手段は前記第3の手段において、前記膨張時間Tfと保持時間Thの合計時間Twが、前記圧力発生室の膨張によってメニスカスが引き込まれ、そのメニスカスの引き込み位置がほぼ1/2となる点から最初にメニスカス位置が最下点になるまでの時間の範囲内であることを特徴とするものである。 According to a fourth means of the present invention, in the third means, the total time Tw of the expansion time Tf and the holding time Th is drawn by the expansion of the pressure generation chamber, and the drawing position of the meniscus is approximately 1 / It is characterized in that it is within the time range from the point of 2 until the meniscus position first becomes the lowest point.
本発明の第5の手段は前記第1ないし第4の手段において、前記ノズル開口の表面の前記液体に対する接触角が65°以上であることを特徴とするものである。 According to a fifth means of the present invention, in the first to fourth means, a contact angle of the surface of the nozzle opening with respect to the liquid is 65 ° or more.
本発明の第6の手段は前記第1ないし第5の手段において、前記駆動パルス数に応じて吐出された複数の液滴は、前記ノズル開口から前記被着媒体までの距離の1/2以上を超えた所から前記被着媒体までの範囲で一つの液滴となることを特徴とするものである。 According to a sixth means of the present invention, in the first to fifth means, the plurality of droplets ejected in accordance with the number of drive pulses is not less than ½ of the distance from the nozzle opening to the adherend medium. One droplet is formed in a range from a position exceeding the range to the deposition medium.
本発明の第7の手段は前記第1ないし第5の手段において、前記駆動パルス数に応じて吐出された複数の液滴は、前記ノズル開口から前記被着媒体までの距離が0.5mm〜2mm範囲内で一つの液滴となることを特徴とするものである。 According to a seventh means of the present invention, in the first to fifth means, the plurality of droplets ejected in accordance with the number of drive pulses has a distance from the nozzle opening to the deposition medium of 0.5 mm to One droplet is formed within a range of 2 mm.
本発明の第8の手段は前記第1ないし第7の手段において、前記駆動パルス数に応じて吐出された複数の液滴の先頭の液滴が前記被着媒体に到達してから最後尾の液滴が前記被着媒体に着弾するまでの時間差をTsとし、ラインヘッド型装置の前記被着媒体の速度、またはシリアル型のキャリッジ速度をVpとし、先頭の液滴の中心から最後尾の液滴の中心までの距離をLnとすると、先頭の液滴と最後尾の液滴との時間差Tsは、Ts=Ln/Vp以下とすることを特徴とするものである。 According to an eighth means of the present invention, in the first to seventh means, the last droplet of the plurality of droplets ejected according to the number of driving pulses reaches the last of the adherend medium. The time difference until the droplets land on the adherent medium is Ts, and the speed of the adherent medium of the line head type device or the serial type carriage speed is Vp. When the distance to the center of the droplet is Ln, the time difference Ts between the first droplet and the last droplet is Ts = Ln / Vp or less .
本発明の第9の手段は前記第1ないし第8の手段において、前記液滴吐出ヘッドにヒータが設置され、吐出される液体の粘度がほぼ一定になるように温度制御されていることを特徴とするものである。 According to a ninth means of the present invention, in the first to eighth means, a heater is installed in the droplet discharge head, and the temperature is controlled so that the viscosity of the discharged liquid becomes substantially constant. It is what.
前記第1の目的を達成するため、本発明の第10の手段は、
液体を吐出するために設けられたノズル開口と、そのノズル開口に連通して設けられた圧力発生室と、その圧力発生室の容積を膨張・収縮させる圧力発生手段と、前記圧力発生室に前記液体を供給する液体流路の途中に設けられた流体抵抗部を有する液滴吐出ヘッドを備え、
前記圧力発生手段に駆動パルスを所定の間隔で2個以上連続して印加して、その駆動パルス数に応じて吐出された液滴が、被着媒体に到達する前にほぼ一つの液滴に合体して前記被着媒体に着弾する液滴吐出方法を対象とするものである。
In order to achieve the first object, the tenth means of the present invention comprises:
A nozzle opening provided for discharging liquid, a pressure generating chamber provided in communication with the nozzle opening, pressure generating means for expanding and contracting the volume of the pressure generating chamber, and A droplet discharge head having a fluid resistance portion provided in the middle of a liquid flow path for supplying a liquid;
Two or more drive pulses are continuously applied to the pressure generating means at a predetermined interval, and the liquid droplets ejected in accordance with the number of drive pulses become substantially one liquid droplet before reaching the adherend medium. The present invention is intended for a droplet discharge method that combines and land on the adherend medium.
そして前記連続する駆動パルスは同じパルス形状を有し、
前記ノズル開口から流体抵抗部までの液体流路によって決まる固有振動数の周期をTcとしたときに、前記駆動パルスのパルス幅Tpは前記周期Tcよりも小さく設定され(Tp<Tc)、
連続するn個(n≧2の整数)の駆動パルスの第nパルス開始から第(n+1)パルスの開始までのパルス間隔をTNnとしたときに、n=1である第1パルスとn=2である第2パルスとのパルス間隔TN1は、1.2×Tc〜1.5×Tcの範囲に設定されて、前記第2パルスと次の第3パルスとのパルス間隔TN2以降のパルス間隔TN2、TN3、・・TNnは、前記TN1より小さいく、かつ前記液体流路の固有振動数の周期Tc以上に設定されている(TN1=1.2×Tc〜1.5×Tc>(TN2、TN3、・・、TNn≧Tc)ことを特徴とするものである。
And the continuous drive pulses have the same pulse shape,
When the period of the natural frequency determined by the liquid flow path from the nozzle opening to the fluid resistance part is Tc, the pulse width Tp of the drive pulse is set smaller than the period Tc (Tp <Tc),
When the pulse interval from the start of the nth pulse to the start of the (n + 1) th pulse of n consecutive (n ≧ 2) integer driving pulses is TNn, the first pulse with n = 1 and n = 2 The pulse interval TN1 with the second pulse is set in a range of 1.2 × Tc to 1.5 × Tc, and the pulse interval TN2 after the pulse interval TN2 between the second pulse and the next third pulse is set. , TN3,... TNn is smaller than TN1 and set to a period Tc or more of the natural frequency of the liquid flow path (TN1 = 1.2 × Tc to 1.5 × Tc> (TN2, TN3,..., TNn ≧ Tc).
本発明の第11の手段は前記第10の手段において、前記パルス間隔TN2以降のパルス間隔は順次小さくなっており、かつ最終のパルス間隔TNnは前記液体流路の固有振動数の周期Tc以上に設定されている(TN2>TN3>・・>TNn≧Tc)ことを特徴とするものである。 According to an eleventh means of the present invention, in the tenth means, the pulse interval after the pulse interval TN2 is sequentially reduced, and the final pulse interval TNn is greater than or equal to the period Tc of the natural frequency of the liquid channel. It is set (TN2> TN3>...> TNn ≧ Tc).
本発明の第12の手段は前記第10または第11の手段において、前記駆動パルスは、前記圧力発生室の容積を膨張するために電圧を立ち上げる膨張工程の時間Tfと、立ち上げた電圧を一定に保持する保持工程の時間Thと、圧力発生室の容積を収縮するために電圧を立ち下げる収縮工程の時間Trとを有する台形の波形形状をしていることを特徴とするものである。 A twelfth means of the present invention is the tenth or eleventh means according to the tenth or eleventh means, wherein the drive pulse includes a time Tf of an expansion step for raising a voltage to expand the volume of the pressure generating chamber, and a rise voltage. It has a trapezoidal waveform shape having a holding process time Th for holding constant and a contraction process time Tr for decreasing the voltage in order to contract the volume of the pressure generating chamber.
本発明の第13の手段は前記第12の手段において、前記膨張工程の時間Tfと保持工程の時間Thの合計時間Twが、前記圧力発生室の膨張によってメニスカスが引き込まれ、そのメニスカスの引き込み位置がほぼ1/2となる点から最初にメニスカス位置が最下点になるまでの時間の範囲内であることを特徴とするものである。 According to a thirteenth means of the present invention, in the twelfth means, the total time Tw of the time Tf of the expansion step and the time Th of the holding step is drawn by the expansion of the pressure generating chamber, and the meniscus drawing position Is within the time range from the point at which the ratio becomes approximately ½ until the meniscus position first becomes the lowest point.
本発明の第14の手段は前記第10ないし第13の手段において、前記ノズル開口の表面の前記液体に対する接触角が65°以上であることを特徴とするものである。 According to a fourteenth means of the present invention, in the tenth to thirteenth means, a contact angle of the surface of the nozzle opening with respect to the liquid is 65 ° or more.
本発明の第15の手段は前記第10ないし第14の手段において、前記駆動パルス数に応じて吐出された複数の液滴は、前記ノズル開口から前記被着媒体までの距離の1/2以上を超えた所から前記被着媒体までの範囲で一つの液滴となることを特徴とするものである。 According to a fifteenth means of the present invention, in the tenth to fourteenth means, the plurality of droplets ejected in accordance with the number of drive pulses is ½ or more of the distance from the nozzle opening to the adherend medium. One droplet is formed in a range from a position exceeding the range to the deposition medium.
本発明の第16の手段は前記第10ないし第15の手段において、前記駆動パルス数に応じて吐出された複数の液滴は、前記ノズル開口から前記被着媒体までの距離が0.5mm〜2mm範囲内で一つの液滴となることを特徴とするものである。 According to a sixteenth means of the present invention, in the tenth to fifteenth means, the plurality of droplets ejected in accordance with the number of drive pulses has a distance from the nozzle opening to the deposition medium of 0.5 mm to One droplet is formed within a range of 2 mm.
本発明の第17の手段は前記第10ないし第15の手段において、前記駆動パルス数に応じて吐出された複数の液滴の先頭の液滴が前記被着媒体に到達してから最後尾の液滴が前記被着媒体に着弾するまでの時間差をTsとし、ラインヘッド型装置の前記被着媒体の速度、またはシリアル型のキャリッジ速度をVpとし、先頭の液滴の中心から最後尾の液滴の中心までの距離をLnとすると、先頭の液滴と最後尾の液滴との時間差Tsは、Ts=Ln/Vp以下とすることを特徴とするものである。 A seventeenth means of the present invention is the tenth to fifteenth means according to the tenth to fifteenth means, wherein the first droplet of the plurality of droplets ejected according to the number of drive pulses reaches the last of the deposition medium after reaching the adherend medium. The time difference until the droplets land on the adherent medium is Ts, and the speed of the adherent medium of the line head type device or the serial type carriage speed is Vp. When the distance to the center of the droplet is Ln, the time difference Ts between the first droplet and the last droplet is Ts = Ln / Vp or less .
本発明の第18の手段は前記第10ないし第17の手段において、前記液滴吐出ヘッドにヒータが設置され、吐出される液体の粘度がほぼ一定になるように温度制御されていることを特徴とするものである。 According to an eighteenth means of the present invention, in the tenth to seventeenth means, a heater is installed in the droplet discharge head, and the temperature is controlled so that the viscosity of the discharged liquid becomes substantially constant. It is what.
前記第2の目的を達成するため、本発明の第19の手段は画像形成装置において、前記液体がインクであって、前記着弾媒体が記録媒体であって、前記第1ないし第9の手段の液滴吐出装置を備えたことを特徴とするものである。 In order to achieve the second object, according to a nineteenth means of the present invention, in the image forming apparatus, the liquid is an ink, the landing medium is a recording medium, and the first to ninth means. A droplet discharge device is provided.
本発明の第20の手段は前記第19の手段において、例えばシアン、マゼンダ、イエロー、ブラックなどの色の異なるインクをそれぞれ装填した前記液滴吐出ヘッドが複数個設けられていることを特徴とするものである。 According to a twentieth means of the present invention, in the nineteenth means, a plurality of droplet discharge heads each loaded with inks of different colors such as cyan, magenta, yellow and black are provided. Is.
本発明は前述のような構成になっており、液滴吐出速度の高速化が可能で、しかも液滴着弾の品質が高い液滴吐出装置および液滴吐出方法を提供することができる。
また本発明は、高精度のドット諧調記録が可能な画像形成装置を提供することができる。
The present invention is configured as described above, and can provide a droplet discharge apparatus and a droplet discharge method that can increase the droplet discharge speed and that have high droplet landing quality.
In addition, the present invention can provide an image forming apparatus capable of highly accurate dot gradation recording.
以下、本発明の代表的な例としてインクジェット記録装置について説明する。本発明では、マルチパルス駆動によってインク滴の量を制御するインクジェット記録装置において、圧力発生手段に印加する駆動パルスの全幅を極端に長くすることなく、かつ、ほぼ同じ駆動パルス波形を印加することで、連続的に噴射されたインク滴が記録媒体上にほぼ到達する前にほぼ単一のインク滴となって着弾させるという目的を、ノズル開口部のメニスカスの動きと記録ヘッドの固有周期との関係を利用することで、安定して高い駆動周波数域でのドット諧調記録ができるようにした。 Hereinafter, an ink jet recording apparatus will be described as a representative example of the present invention. In the present invention, in an ink jet recording apparatus that controls the amount of ink droplets by multi-pulse driving, it is possible to apply substantially the same driving pulse waveform without extremely increasing the entire width of the driving pulse applied to the pressure generating means. The relationship between the movement of the meniscus of the nozzle opening and the natural period of the recording head is intended to land the ink droplets that are continuously ejected as a substantially single ink droplet before reaching the recording medium. By using, dot gradation recording can be performed stably in a high drive frequency range.
図5は、本発明の実施例に係るインクジェット記録装置の斜視図である。本実施例は、卓上型の小型シリアルスキャン印刷方式の例であるが、ポスターなどの大判記録媒体用の印刷装置であるいわゆるワイドフォーマットプリンタ、記録ヘッドを複数並べて固定したライン印刷方式であっても本発明は適用される。また、本発明のインクジェット式記録ヘッドは、印刷装置以外、例えば産業用途等に使われるディスペンサー、インクジェット方式の3次元造形機等に使用する吐出ヘッドにも適用される。 FIG. 5 is a perspective view of the ink jet recording apparatus according to the embodiment of the present invention. This embodiment is an example of a desktop type small serial scan printing method, but it may be a so-called wide format printer which is a printing apparatus for a large format recording medium such as a poster, or a line printing method in which a plurality of recording heads are fixed side by side. The present invention applies. The ink jet recording head of the present invention is also applied to a discharge head used for a dispenser, an ink jet type three-dimensional modeling machine, and the like used for industrial purposes other than a printing apparatus.
同図において、1はインクジェット式の記録ヘッド、100は記録媒体、101はサブインクタンク、102はヘッド保全部、103はメインインクタンク、104は供給チューブ、105はキャップ、110、111はガイド軸である。 In the figure, 1 is an ink jet recording head, 100 is a recording medium, 101 is a sub ink tank, 102 is a head maintenance unit, 103 is a main ink tank, 104 is a supply tube, 105 is a cap, and 110 and 111 are guide shafts. It is.
記録ヘッド1は、図示されていないタイミングベルトに連結され駆動モータの正逆転によりフレームから伸びたガイド軸110、111上を往復動しながら、記録媒体100上にインク滴を吐出して文字や図形等を印刷する。記録ヘッド1へのインクの供給は、メインインクタンク103から供給チューブ104を経由してサブインクタンク101へ送られる。さらに、供給チューブ104を介して、記録ヘッド1へ供給される。ヘッド保全部102は、印刷をしていない時に記録ヘッド1のノズルからのインク乾燥や異物の付着を防止するためにキャップ105、或いは図示していないが、ノズル面に付着したインクなどを除去するためのワイパーブレードなどが配設されている。前記キャップ105は、サブインクタンク101から記録ヘッド1内にインクを充填する時や記録ヘッド1内に停滞した気泡等を除去する目的で実施されるパージ動作をする時の吸引キャップとしても活用される。
The
図1は、本発明の実施例1に係る積層型のインクジェト式記録ヘッドの断面図である。このインクジェット式記録ヘッド1は、多数のノズル開口11を紙面に対して垂直な方向に少なくとも1列を有するノズルプレート10と、前記ノズル開口10へ連通する連通流路21を有するチャンバープレート20と、リストリクタ32と圧力発生室31を兼ねた開口穴33を有するリストリクタプレート30と、前記圧力発生室31及びリストリクタ32を封止する薄板のダイアフラムプレート40と、前記圧力発生室31部のみを大きく変位させるために前記ダイアフラムプレート40を振動板41として保持する領域と共通のインク溜まり部52に開口穴を有するサポートプレート50と、各ノズル開口11までの流路への異物の進入を防止するために設けたフィルター61を有するフィルタープレート60から流路基板5が構成されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a multilayer ink jet recording head according to
さらにこの流路基板5と、その流路基板5を保持及び外部からのインクを導入し貯留する共通インク室71を有する高剛性プレート70と、その高剛性プレート70に開けられた開口溝72から複数に分割された圧電振動子81を有する圧電アクチュエータ80が前記振動板41に固定されている。
Furthermore, the
前記ノズルプレート10は、インク滴の飛翔直進性を得るために高精度に穴加工され、ニッケルのエレクトフォーミング法やステンレスの薄板を精密プレス法によって穴を加工する方法で成形される。チャンバープレート20は、リストリクタプレート30に開けられた穴より長手方向が短い連通流路21が成形されている。前記連通流路21の端部側に前記ノズル開口穴11が位置している。リストリクタプレート30は、圧力発生室31及びリストリクタ32の流路となる細長い開口穴が開けられている。
The
本実施例はノズル開口11が紙面に対して垂直方向に1列に並べられた例であるが、1つの記録ヘッド内に複数列を配置しても、またノズル開口11を内側として、前記圧力発生室31などの流路穴が互いに対向するように配置されていても良い。これら連通流路プレート20とチャンバープレート30は、ステンレスの薄板をエッチング法や精密プレス法によって加工成形される。或いは、シリコンウェハーを異方性エチング法やドライエッチング法で形成しても良い。
The present embodiment is an example in which the
前記圧力発生室31及びリストリクタ32を封止するダイアフラムプレート40は、他のプレートに比べ、さらに薄板からなるステンレス製の板やエレクトフォーミング法によるニッケル材で成形されている薄膜プレートである。或いは、薄板のプラスチックフィルムや該プラスチックフィルムと薄板の金属板を積層した後に振動板となる領域部の金属板をエッチングして除去しても良い。また、サポートプレート50もステンレスの薄板をエッチング法や精密プレス法によって加工形成することができる。高剛性プレート70は、ステンレスの棒材等を切削加工で容易に形成することができる。
The
圧電アクチュエータ80は、導電材料と圧電材料が交互に積層されたバルク状態の圧電振動子81(圧電素子)を支持部材82の一端側に固着し、前記バルク状の圧電振動子81を前記個々の圧力発生室31に対応するように複数の圧電振動子81に分割され、該圧電振動子81の端面が前記振動板41に当接固着される。本例に挙げた圧電振動子81は、積層方向にもっとも変位するd33タイプのものであるが、積層した鉛直方向に変位するd31タイプのものであっても良く、或いは、薄板の圧電体を利用した方式であっても良い。または、前記圧電アクチュエータ81の変わりに変位変換手段として静電方式であっても良い。前記圧電振動子81には、後述するような駆動パルスを出力する駆動制御部83が接続されている。
The
次にインクジェット式記録ヘッド1からインク滴が吐出する動作過程について、図2ならびに図3を用いて説明する。図2(a)〜(d)は最も単純な薄板積層構造で構成されたインクジェット式記録ヘッドの例を示す図、図3はノズル開口より液滴を吐出するために用いられる駆動パルスの一例を示す図である。
Next, an operation process in which ink droplets are ejected from the ink
図2(a)に示すように前述のインク流路内にインク6が充填された状態で、圧電振動子81に前記駆動制御部83から所定の電位差Vを持って駆動パルス7が図示しない駆動制御部から印加されると、圧電振動子81は収縮しダイアフラムプレート40の振動板41が変形する。これによって圧力発生室31の容積が膨張し、共通のインク室71より其々のリストリクタ32を経由してインク6が圧力発生室発生室31に供給される。同時にノズル開口11部のインクメニスカスも圧力発生室31側へ引き戻される(図2(b)参照)。このような過程を以下、膨張工程と呼び、その時間をTfとする(図3参照)。
As shown in FIG. 2A, in the state where the ink flow path is filled with the
そのまま電圧をホールドするとメニスカスの引き込みが終了し(以下、保持工程と呼び、その時間をTpとする。図3参照)、再度、ノズル開口部11の出口側へ戻ろうとする。ほぼその時点で今度は、圧電振動子81が伸長する方向に前記膨張工程よりも短時間で電圧を開放する(以下、収縮工程と呼び、その時間をTrとする。図3参照)。そうすると前記膨張工程によって圧力発生室内31に充填されたインク6が圧縮されて圧力発生室31内は高い気圧状態となり、インク6の圧力が上昇する(図2(c)参照)。この圧力によってノズル開口11よりインク滴8となって飛翔する(図2(d)参照)。
When the voltage is held as it is, the meniscus pull-in is completed (hereinafter referred to as a holding step, and the time is referred to as Tp, see FIG. 3), and it tries to return to the outlet side of the
図4は、インクジェット式記録ヘッド1にインク滴が吐出しない程度の弱い駆動パルス9を印加した時のノズル開口部11のインク表面であるメニスカスの動きをレーザードップラー装置によって観測したものである。
FIG. 4 shows the movement of the meniscus, which is the ink surface of the
前記駆動パルス9は、圧力発生室31を膨張させる信号9aが印加され、その状態を保持し続け、メニスカスがほぼ元に位置に復元したら膨張を開放する信号を与えて観測する。メニスカス動きは、圧力発生室31の膨張により大きく引き込まれる。その後、膨張が保持されたままにしておくとメニスカスは、ノズル開口11側へ振動をしながら戻り始める。その振動周期である固有周期Tcが、リストリクタ32からノズル開口11までのインク流路によって決まる固有振動数の周期Tcであることは周知の事実である。ここで、ノズル開口11の開口径を28μm、ノズル開口穴11のピッチを1/150dpi(dot per inch)として、リストリクタ32、圧力発生室31を決定した結果、およそ140kHz=7.5マイクロ秒の固有振動の周期Tcが得られた。
The
次に、インク滴の量をコントロールするためのマルチパルス駆動方法について詳述する。図6は、前記図4のメニスカスを観測した記録ヘッド1に駆動パルスを5回連続して印加したときの駆動パルス波形例を示す。
Next, a multi-pulse driving method for controlling the amount of ink droplets will be described in detail. FIG. 6 shows an example of a driving pulse waveform when a driving pulse is continuously applied five times to the
其々の駆動パルス7aと7bは、圧力発生室31の体積を膨張させる膨張工程となる時間Tfが2マイクロ秒、その膨張状態を保持する保持工程時間Thが2.5マイクロ秒、インク滴をノズル開口から吐出するために前記圧力発生室31の体積を収縮させる収縮工程時間Trが2マイクロ秒となっており、膨張工程と保持工程と収縮工程の合計時間Tp(図3参照)は、6.5マイクロ秒とした。駆動パルスの形状は台形であるが、保持工程Thが無い三角形の駆動パルスであっても良い。
Each
ここで、膨張工程の時間Tfと保持工程の時間Thの合計時間Twは、膨張工程によってメニスカスが引き込まれ、メニスカスの引き込み位置がほぼ1/2となる点から最初にメニスカス位置が最下点になる点までの時間の範囲内であることが良い。これは、メニスカスが圧力発生室31側に引き込まれるときのエネルギーを利用することで吐出効率を高めることができるからである。
Here, the total time Tw of the time Tf of the expansion process and the time Th of the holding process is such that the meniscus is pulled in by the expansion process, and the meniscus pulling position becomes the lowest point first from the point where the meniscus pulling position becomes almost ½. It is preferable that the time is within the range up to a certain point. This is because the discharge efficiency can be increased by using the energy when the meniscus is drawn into the
連続した駆動パルスの間隔を図6に示すようにTN1、TN2、・・、TN5とした。このように連続して駆動パルスを印加してマルチ駆動を行うことにより吐出されるインク滴の量を可変させる場合、その駆動周波数を高めるために駆動パルス間隔は短い方が良い。従って、駆動パルスの合計時間Tpは、前記ノズル開口11から前記リストリアクタ32(流体抵抗部)までの液体流路によって決まる固有振動数の周期Tcより小さくしている(Tp<Tc)。
As shown in FIG. 6, the interval between successive drive pulses is TN1, TN2,. When the amount of ink droplets to be ejected is varied by applying drive pulses continuously and performing multi-drive in this way, the drive pulse interval is preferably short in order to increase the drive frequency. Accordingly, the total drive pulse time Tp is made smaller than the natural frequency period Tc determined by the liquid flow path from the
図7(a)〜(c)は、ノズル開口11からリストリアクタ32(流体抵抗部)までの液体流路によって決まる固有振動数の周期Tc(=7.5マイクロ秒)に対して、駆動パルスの合計時間(パルス幅)Tpを若干短くした(=6.5マイクロ秒)条件で、連続的に駆動したときの駆動パルス間隔TNを7.5マイクロ秒〔図7(a)〕、8.5マイクロ秒〔図7(b)〕、9.0マイクロ秒〔図7(c)〕と全て同じ間隔で連続的に5つの駆動パルスを印加したときの駆動パルス数とインク滴の吐出速度との関係を示す。ここで吐出速度とは、吐出しようとするインク滴の先端がノズル開口11から飛び出そうとするときから記録媒体に到達するまでのインク滴の平均速度を表す。
FIGS. 7A to 7C show driving pulses for the natural frequency period Tc (= 7.5 microseconds) determined by the liquid flow path from the
また図8(a)〜(c)は図7(a)〜(c)に対応したインク滴の飛翔状態を示すもので、インク滴が飛び出してから1mm到達の時間の1/4時点と、インク滴の先頭がノズル開口11からほぼ1mmに到達した時点の状態を示す。
8A to 8C show the flying state of the ink droplets corresponding to FIGS. 7A to 7C, and ¼ point in time of reaching 1 mm after the ink droplets are ejected. The state when the head of the ink droplet reaches approximately 1 mm from the
図7(a)〜(c)に示されるように、連続した駆動パルスが多くなるに従いインク滴の吐出速度は徐々に速くなっている。また、TNが長いほど、その変化量が小さくなることが判る。しかしながら、図8(a)〜(c)に示されるようにTNが長くなりすぎると後続のインク滴が、前のインク滴に追いつくことができなくなる。これは、ノズル開口11のインク表面であるメニスカスは、最初の駆動パルスによって吐出される第1のインク滴によって振動する。そして、インク滴が吐出した後もメニスカスは振動を続けている。次に印加された駆動パルスによって吐出される第2のインク滴の吐出速度は、第1の駆動パルスに前記メニスカスの位置がどの位置にいるかによって、つまりはメニスカスの速度とその向きによって、大きく左右されるからである。
As shown in FIGS. 7A to 7C, the ink droplet ejection speed gradually increases as the number of continuous drive pulses increases. It can also be seen that the longer the TN, the smaller the amount of change. However, as shown in FIGS. 8A to 8C, if the TN becomes too long, the subsequent ink droplet cannot catch up with the previous ink droplet. This is because the meniscus which is the ink surface of the
連続した駆動パルスから選択的に抽出して画像を形成する場合、インク滴の吐出速度の変化は小さい方がインク滴の着弾位置、つまりは画質向上の点から望ましい。つまり、インク滴を記録媒体上に着弾する時には、少なくともドットが分離しない程度に飛翔することが良い。より好ましくは、どの駆動パルス数が選択されてもインク滴の吐出速度が変化しないことが望ましい。 In the case of forming an image by selectively extracting from continuous drive pulses, it is desirable that the change in the ink droplet ejection speed is small from the viewpoint of ink droplet landing position, that is, image quality improvement. That is, when the ink droplet is landed on the recording medium, it is preferable to fly at least to the extent that the dots are not separated. More preferably, it is desirable that the ejection speed of the ink droplet does not change regardless of which drive pulse number is selected.
図9(a)は連続2個の駆動パルスを印加し、駆動パルス間隔(パルスピッチ)を7.8マイクロ秒、8.2マイクロ秒、8.5マイクロ秒、9マイクロ秒、9.5マイクロ秒、9.7マイクロ秒、10マイクロ秒と変化させたときの飛翔状態を示し、図9(a1)はそのときに吐出されたインク滴が1mmの距離を飛翔する時の速度との関係を示す。 In FIG. 9A, two continuous drive pulses are applied, and the drive pulse interval (pulse pitch) is 7.8 microseconds, 8.2 microseconds, 8.5 microseconds, 9 microseconds, 9.5 microseconds. FIG. 9 (a1) shows the relationship with the speed when the ink droplet ejected at that time flies over a distance of 1 mm. Show.
連続して吐出されたインク滴は、パルス間隔が短いとノズル開口11から吐出されるとほぼ同時に1滴となって飛翔する。駆動パルス間隔を広げていくと2滴が衝突するまでの距離が長くなる。インク滴の衝突が、1mm近傍に近づくと速度がほぼ一定となってくる。この結果から、印刷ギャップ(ノズルプレート10の表面から記録媒体までの間隔)がほぼ1mmの時点でインク滴が1つになる程度で、かつインク滴の速度を8m/s近傍として、駆動パルス間隔TN1が9マイクロ秒の条件のものを選択した。これは前記固有周期Tc=7.5マイクロ秒の1.2倍である(1.2×Tc)。
When the pulse interval is short, the ink droplets ejected continuously fly as one droplet almost simultaneously when ejected from the
次に図9(b)は連続3個の駆動パスルを印加し、駆動パルス間隔(パルスピッチ)を8マイクロ秒、8.5マイクロ秒、8.7マイクロ秒、8.9マイクロ秒、9マイクロ秒と変化させたときの飛翔状態を示し、図9(b1)は第2の駆動パルスと第3の駆動パルスとの間隔とインク滴の速度の関係を示す。ここで、第1の駆動パルスと第2の駆動パルスの間隔TN1は、9マイクロ秒を選択している。同様に、インク滴の速度が8m/sとなる近傍の駆動パルス間隔TN2を8.7マイクロ秒に選択する。図示してはいないが、同様の考え方で駆動パルスを連続4個、連続5個の場合の駆動パルスの間隔を決定する。 Next, in FIG. 9B, three continuous drive pulses are applied, and the drive pulse interval (pulse pitch) is 8 microseconds, 8.5 microseconds, 8.7 microseconds, 8.9 microseconds, 9 microseconds. FIG. 9B1 shows the relationship between the interval between the second drive pulse and the third drive pulse and the speed of the ink droplet. Here, the interval TN1 between the first drive pulse and the second drive pulse is selected to be 9 microseconds. Similarly, the driving pulse interval TN2 in the vicinity where the ink droplet velocity is 8 m / s is selected to be 8.7 microseconds. Although not shown in the figure, the interval between drive pulses in the case of four consecutive drive pulses and five consecutive pulses is determined based on the same concept.
図10(a)に駆動パルスを連続5個印加したときのインク滴の飛翔状態を示し、図10(b)に駆動パルス数とインク滴の速度の関係を示し、図10(c)に駆動パルス数とインク滴吐出量の関係を示す。それぞれの駆動パルスの間隔は、TN1=9.0マイクロ秒、TN2=8.9マイクロ秒、TN3=8.7マイクロ秒、TN4=7.8マイクロ秒とした。 FIG. 10A shows the flying state of ink droplets when five driving pulses are applied continuously, FIG. 10B shows the relationship between the number of driving pulses and the speed of ink droplets, and FIG. The relationship between the number of pulses and the ink droplet ejection amount is shown. The intervals between the drive pulses were TN1 = 9.0 microseconds, TN2 = 8.9 microseconds, TN3 = 8.7 microseconds, and TN4 = 7.8 microseconds.
このように第1駆動パルスと第2駆動パルスの間隔を液滴が分離した状態とならない程度まで間隔を伸ばす。その時の駆動パルス間隔をTN1とすると、TN1=1.2〜1.3×Tcとし、第2駆動パルス目以降の駆動パルス間隔を徐々に狭めて最適化していくことで、インク滴の吐出速度が大きく変化しないことが確認された。ここでは、複数のインク滴が、印刷ギャップ1mmの約1/2の時点で、インク滴がほぼ合体するように駆動パルス間隔TNを選択した。 In this way, the interval between the first drive pulse and the second drive pulse is extended to such an extent that the droplets are not separated. Assuming that the drive pulse interval at that time is TN1, TN1 is set to 1.2 to 1.3 × Tc, and the drive pulse interval after the second drive pulse is gradually narrowed to optimize the ink droplet ejection speed. Was confirmed not to change significantly. Here, the drive pulse interval TN is selected so that the plurality of ink droplets are approximately united when the printing gap is about ½ of the print gap of 1 mm.
図11にTN1=11.0マイクロ秒(≒1.5×Tc)とし、以降の駆動パルス間隔を順次小さくしながら連続5つの駆動パルスを印加したときの飛翔状態を示す。このように、ほぼTN1=1.5×Tcとしても印刷ギャップ1mm近傍で1つのインク滴として合体することがわかった。 FIG. 11 shows a flight state when TN1 = 11.0 microseconds (≈1.5 × Tc) and five consecutive drive pulses are applied while the subsequent drive pulse intervals are sequentially reduced. Thus, it was found that even when TN1 = 1.5 × Tc, the ink droplets were combined as one ink droplet in the vicinity of the printing gap of 1 mm.
以上の結果を総合すると、第1駆動パルスと第2駆動パルスの駆動パルス間隔をTN1とし、それ以降の駆動パルス間隔をTN2,TN3,・・,TNn(nは自然数)とすると、TN1(=1.2×Tc〜1.5×Tc)>TN2>TN3>・・>TNn≧Tcにすると良いことが分かった。 Summing up the above results, if the drive pulse interval between the first drive pulse and the second drive pulse is TN1, and the subsequent drive pulse intervals are TN2, TN3,..., TNn (n is a natural number), TN1 (= 1.2 × Tc to 1.5 × Tc)> TN2> TN3>...> TNn ≧ Tc.
図12は、本発明によるインクジェット記録ヘッドに用いられるヘッドのインク流路をモデル化し、解析ソフトのFlow 3Dを用いてインク滴が吐出する様子を1マイクロ秒毎に表した図である。本解析に用いた駆動パルスは、膨張時間Tf=2マイクロ秒、保持時間Th=2.5マイクロ秒、収縮時間Tr=2マイクロ秒を印加したものである。駆動パルスの膨張時間Tfが印加されるとメニスカスは、ノズル開口11の内部へと引き込まれる。所定時間の保持工程Thを経たのちにインクは、Trの収縮工程によってノズル開口へと飛び出してくる。この過程で、ノズル開口11内のインクは、ノズルプレート10の大気開放面である表面へと溢れるように飛び出す。次の駆動パルスまでの間隔が長いとノズル内の負圧によって、はみ出したインクは何れ引き込まれる。しかし、複数の駆動パルスが、短い間隔で印加されると、溢れ出したインクはノズル開口11内部への引き込まれる前に次のインクが溢れ出すことになる。インクがノズル開口11近傍に多量に付着すると、インク滴の飛翔の直進性を損なうことがある。
FIG. 12 is a diagram showing how ink droplets are ejected using a flow 3D of analysis software, modeled on the ink flow path of the head used in the ink jet recording head according to the present invention, every 1 microsecond. The drive pulse used in this analysis is an application of an expansion time Tf = 2 microseconds, a holding time Th = 2.5 microseconds, and a contraction time Tr = 2 microseconds. When the expansion time Tf of the drive pulse is applied, the meniscus is drawn into the
次の表1は、ノズルプレート10の表面とインクとの接触角と吐出異常を示す表である。この表中のハッチング部が吐出不良を発生した接触角である。
この表から明らかなように、ノズルプレート10の表面とインクとの接触角が65°以上あれば吐出不良が発生しないことが分かり、さらにインク吐出の信頼性を確実にするためには、前記接触角が70°以上であることが望ましいことが分かった。なお、接触角の上限は特に特定されるものではないが、85°程度が適当である。
As is apparent from this table, it can be seen that if the contact angle between the surface of the
このように前記接触角を65°以上に規制することにより、インクの溢れ出しを防止することができ、インク滴の直進性が保たれ、印刷品質の向上が図れる。ここで、ノズルプレート10の表面にコートされる撥水処理膜としては例えばフッ素系樹脂、シリコーン系樹脂などが用いられるが、インクとの接触角を確保できる材料であれば特に限定されることはない。
By restricting the contact angle to 65 ° or more in this way, ink overflow can be prevented, ink droplets can be kept straight, and print quality can be improved. Here, as the water-repellent treatment film coated on the surface of the
複数の駆動パルスによって吐出されたインク滴が、飛翔中に合体することが望ましいことは言うまでもない。しかし、屋外用の看板印刷に用いられるようなインクジェット方式のワイドフォーマット印刷装置などは、ノズルプレート10の表面と記録媒体100までの印刷ギャップは、オフィス用途やコンシューマ向けのインクジェット記録装置などの印刷ギャップ約1mmと比べても大きく、1.5mm〜2mm程度ある。さらには、大滴、例えば30ピコリットリ(pl)以上のインク滴を必要とする場合、印加される駆動パルス数は多くなる。これにより、印刷ギャップの1mm間では複数の液滴が合体しない可能がある。駆動パルス数を従って、1.5mm、場合によっては2mm程度まで飛翔したところで合体するように、駆動パルスの間隔を調整しても良い。
Needless to say, it is desirable that ink droplets ejected by a plurality of drive pulses merge during flight. However, in an inkjet-type wide format printing apparatus used for signboard printing for outdoor use, the printing gap between the surface of the
図13は、連続して駆動されるインク滴の記録媒体上に着弾するときのイメージを示したものである。複数のインク滴の先頭のインク滴が記録媒体に到達してから最後尾のインク滴が記録媒体に着弾するまでの時間差をTsとし、先頭のインク滴の速度V1の着弾によって形成される記録媒体上のドット径D1、最後尾のインク滴の速度V2によって形成されるドット径D2とし、インクジェット記録ヘッド1がライン状に固定されたラインヘッド型装置においてインク滴が着弾する記録媒体の速度、またはインクジェット記録ヘッド1が搭載されたキャリッジが往復動作をしながら印刷を行うシリアル型のキャリッジ速度をVpとし、先頭の液滴の中心から最後尾の液滴の中心までの距離をLnとすると、先頭の液滴と最後尾の液滴との時間差Tsは、Ts=Ln/Vp詳しくはTs=Ln/Vp={(1/2)×(D1+D2+D3+・・+Dn+D(n+1))}/Vp以下になるように、それぞれの駆動パルス間隔を1.2×Tc〜1.5×Tcの範囲で設定すればよい。これによって、記録媒体に着弾したインク滴は少なくとも分離することはなくドットが形成される。ドットが分離すると印刷された色濃度が異なったり、文字や画像の稜線部が不明瞭となり、印刷品質の低下となる。
FIG. 13 shows an image when ink droplets that are continuously driven land on a recording medium. A recording medium formed by landing at the velocity V1 of the leading ink droplet, where Ts is the time difference from the arrival of the leading ink droplet of the plurality of ink droplets to the recording medium until the trailing ink droplet lands on the recording medium. The dot diameter D2 formed by the upper dot diameter D1 and the velocity V2 of the last ink droplet, and the speed of the recording medium on which the ink droplets land in the line head type device in which the
そうすることにより記録媒体上へのインク滴の着弾した痕は、図13のようになる。記録媒体に着弾したインクは、一般的には直ぐに乾燥することはないので後続のインク滴が衝突してくるとインクの表面張力によって集合しようとする力が働く。その結果、実際の着弾形状は、やや細長いドットとなる程度に、一つのドットとして形成される。 By doing so, the traces of ink droplets landing on the recording medium are as shown in FIG. The ink that has landed on the recording medium generally does not dry immediately. Therefore, when a subsequent ink droplet collides, a force to gather is exerted by the surface tension of the ink. As a result, the actual landing shape is formed as one dot so that it becomes a slightly elongated dot.
図14は、本発明の実施例2に係るインクジェット式記録ヘッド1の断面図である。本実施例で図1に示す実施例1と相違する点は、高剛性プレート70の開口溝72と対向する側面にインクを加温するためのヒータ200が設置されている点である。
FIG. 14 is a cross-sectional view of the ink
ヒータ200は、図示していない電源及び制御装置によって、記録ヘッド1を大気温度よりも高い、例えば40℃〜80℃のある一定の温度に保持されるように制御されている。ヒータ200により記録ヘッド1及びヘッド内のインクは、ほぼ一定の温度に維持することができる。これによりインクジェット記録装置の周囲環境温度が変化してもインクをほぼ一定の温度に保持することで、インクの粘度もほぼ一定に維持できる。インクは温度によって粘度が変化し、その変化によってもインク滴の飛翔状態が変化することがある。本実施例のように記録ヘッド1にヒータ200を取り付けることにより、常に安定したインク滴の飛翔が保たれ、周囲の環境変化によっても印刷品質が損なわれることがないインクジェット記録装置を提供することができる。
The
本実施例の記録ヘッド1においても、ノズルプレート10の表面に撥水処理が施されて実施例1と同じ効果が得られる。
Also in the
前記実施例1,2で述べた記録ヘッド1を4台備え、各記録ヘッド1に別々にシアン、マゼンダ、イエロー、ブラックのインクを装填してインクを吐出させ、記録媒体上で各色を重ね合わせてカラー画像を形成することができる。
Four recording heads 1 described in the first and second embodiments are provided, and each
前記実施例ではインクジェト記録装置の場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば液晶ディスプレーのカラーフィルターの製造に用いられる色材液や、有機ELディスプレー等の電極膜形成に用いられる電極材料液などの特殊な液体を吐出する液滴吐出装置にも適用可能である。 In the above embodiment, the case of the ink jet recording apparatus has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, a color material solution used for manufacturing a color filter of a liquid crystal display, or an electrode film formation such as an organic EL display The present invention can also be applied to a droplet discharge apparatus that discharges a special liquid such as an electrode material liquid used in the above.
1:記録ヘッド
5:流路基板
6:インク
7,7a,7b:駆動パルス
8:インク滴
9:駆動パルス
9a:時間Tfに相当する駆動パルス
10:ノズルプレート
11:ノズル開口
20:チャンバープレート
21:連通流路
30:リストリクタプレート
31:圧力発生室
32:リストリクタ
33:開口
40:ダイアフラムプレート
41:振動板
50:サポートプレート
52:共通のインク溜まり部
60:フィルタープレート
61:フィルター
70:高剛性プレート
71:共通インク室
72:開口溝
80:圧電アクチュエータ
81:圧電振動子
82:支持部材
83:駆動制御部
100:記録媒体
101:サブインクタンク
102:ヘッド保全部
103:メインインクタンク
104:供給チューブ
105:キャップ
110、111:ガイド軸
200:ヒータ。
1: Recording head 5: Flow path substrate 6:
Claims (20)
前記圧力発生室の容積を膨張・収縮させるための駆動パルスを前記圧力発生手段に印加する駆動制御部を備え、
その駆動制御部から駆動パルスを所定の間隔で2個以上連続して前記圧力発生手段に印加して、その駆動パルス数に応じて吐出された液滴が、被着媒体に到達する前にほぼ一つの液滴に合体して前記被着媒体に到達する液滴吐出装置において、
前記駆動制御部は、
同じパルス形状の駆動パルスを出力し、
前記ノズル開口から流体抵抗部までの液体流路によって決まる固有振動数の周期をTcとしたときに、前記駆動パルスのパルス幅Tpは前記周期Tcよりも小さく設定され(Tp<Tc)、
連続するn個(n≧2の整数)の駆動パルスの第nパルス開始から第(n+1)パルスの開始までのパルス間隔をTNnとしたときに、n=1である第1パルスとn=2である第2パルスとのパルス間隔TN1は、1.2×Tc〜1.5×Tcの範囲に設定されて、前記第2パルスと次の第3パルスとのパルス間隔TN2以降のパルス間隔TN2、TN3、・・TNnは、前記TN1より小さく、かつ前記液体流路の固有振動数の周期Tc以上に設定されている(TN1=1.2×Tc〜1.5×Tc>(TN2、TN3、・・、TNn≧Tc)ことを特徴とする液滴吐出装置。 A nozzle opening provided for discharging liquid, a pressure generating chamber provided in communication with the nozzle opening, pressure generating means for expanding and contracting the volume of the pressure generating chamber, and A droplet discharge head having a liquid resistance portion provided in the middle of a liquid flow path for supplying a liquid;
A drive control unit that applies a drive pulse for expanding and contracting the volume of the pressure generating chamber to the pressure generating unit;
Two or more drive pulses are continuously applied from the drive control unit at a predetermined interval to the pressure generating means, and the liquid droplets ejected according to the number of drive pulses substantially before reaching the adherend. In a droplet discharge device that merges into one droplet and reaches the adherend medium,
The drive control unit
Output drive pulses with the same pulse shape,
When the period of the natural frequency determined by the liquid flow path from the nozzle opening to the fluid resistance part is Tc, the pulse width Tp of the drive pulse is set smaller than the period Tc (Tp <Tc),
When the pulse interval from the start of the nth pulse to the start of the (n + 1) th pulse of n consecutive (n ≧ 2) integer driving pulses is TNn, the first pulse with n = 1 and n = 2 The pulse interval TN1 with the second pulse is set in a range of 1.2 × Tc to 1.5 × Tc, and the pulse interval TN2 after the pulse interval TN2 between the second pulse and the next third pulse is set. , TN3,... TNn is smaller than TN1 and set to a period Tc or more of the natural frequency of the liquid flow path (TN1 = 1.2 × Tc to 1.5 × Tc> (TN2, TN3 ,... TNn ≧ Tc).
前記圧力発生手段に駆動パルスを所定の間隔で2個以上連続して印加して、その駆動パルス数に応じて吐出された液滴が、被着媒体に到達する前にほぼ一つの液滴に合体して前記被着媒体に到達する液滴吐出方法において、
前記連続する駆動パルスは同じパルス形状を有し、
前記ノズル開口から流体抵抗部までの液体流路によって決まる固有振動数の周期をTcとしたときに、前記駆動パルスのパルス幅Tpは前記周期Tcよりも小さく設定され(Tp<Tc)、
連続するn個(n≧2の整数)の駆動パルスの第nパルス開始から第(n+1)パルスの開始までのパルス間隔をTNnとしたときに、n=1である第1パルスとn=2である第2パルスとのパルス間隔TN1は、1.2×Tc〜1.5×Tcの範囲に設定されて、前記第2パルスと次の第3パルスとのパルス間隔TN2以降のパルス間隔TN2、TN3、・・TNnは、前記TN1より小さく、かつ前記液体流路の固有振動数の周期Tc以上に設定されている(TN1=1.2×Tc〜1.5×Tc>(TN2、TN3、・・、TNn≧Tc)ことを特徴とする液滴吐出方法。 A nozzle opening provided for discharging liquid, a pressure generating chamber provided in communication with the nozzle opening, pressure generating means for expanding and contracting the volume of the pressure generating chamber, and A liquid droplet ejection head having a liquid resistance portion provided in the middle of a liquid flow path for supplying liquid;
Two or more drive pulses are continuously applied to the pressure generating means at a predetermined interval, and the liquid droplets ejected in accordance with the number of drive pulses become substantially one liquid droplet before reaching the adherend medium. In a droplet discharge method that combines and reaches the adherend medium,
The successive drive pulses have the same pulse shape;
When the period of the natural frequency determined by the liquid flow path from the nozzle opening to the fluid resistance part is Tc, the pulse width Tp of the drive pulse is set smaller than the period Tc (Tp <Tc),
When the pulse interval from the start of the nth pulse to the start of the (n + 1) th pulse of n consecutive (n ≧ 2) integer driving pulses is TNn, the first pulse with n = 1 and n = 2 The pulse interval TN1 with the second pulse is set in a range of 1.2 × Tc to 1.5 × Tc, and the pulse interval TN2 after the pulse interval TN2 between the second pulse and the next third pulse is set. , TN3,... TNn is smaller than TN1 and set to a period Tc or more of the natural frequency of the liquid flow path (TN1 = 1.2 × Tc to 1.5 × Tc> (TN2, TN3 ,... TNn ≧ Tc).
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